一种基于PIC单片机的便携式磁记忆检测仪(06-100)

　　引言

　　金属构件和零部件发生损坏的主要原因，是各种微观和宏观机械应力集中导致疲劳失效，其基本特征表现为材料在低于静强度极限的交变应力持续作用下，生成多种类型的微观内部缺陷，并逐渐演化为宏观裂纹，裂纹扩展最终导致结构破坏。因此，进行疲劳分析，有效评价应力变形状况，测定未来裂缝发展的位置、大小和方向，成为评价金属零部件与构件结构强度和可靠性的一个重要依据。为了及时准确的找出最大机械应力变形区域，20世纪90年代后期，以杜波夫为代表的俄罗斯学者率先提出一种崭新的诊断技术—金属磁记忆检测。本文采用PIC单片机，设计了高性价比的便携式磁记忆检测仪，具有低成本、低功耗和快速检测等特点，可以满足各种场合，特别是难以到达部位的应力集中区检测。
  
　　磁记忆检测

　　铁磁学研究表明，当弹性应力作用于铁磁材料时，铁磁体不但会产生弹性应变，还会产生磁致伸缩性质的应变，改变其自发磁化的方向，这就是磁弹性效应。根据“实际存在的状态必定是能量最小的状态”原则，由于磁机械效应的作用引起工件内部的磁畴重新取向排列，以增加磁弹性能的形式来抵消应力能的增加，结果在铁磁工件内部产生的磁场强度将高于地球磁场强度，在应力集中区，形成类似缺陷的漏磁场分布形式，磁场的切向分量Hp(x)为最大值，而法向分量Hp(y)在应力集中线两侧符号发生变化，应力集中线处有过零点。磁记忆检测技术，是基于磁记忆效应原理的全新无损检测方式。磁记忆检测技术在地磁环境下，通过对铁磁材料所制成的工件表面散射磁场法向分量Hp(y)的测量，确定工件应力集中区域，从而有效预测缺陷发生的区域。
  
　　磁记忆检测仪的硬件设计

　　便携式磁记忆检测仪主要由传感器、单片机、运算放大器、LCD显示器和相应软件组成(见图1)。

　　便携式磁记忆检测仪以单片机PIC16LF873A为核心，用HMC1052两轴磁阻传感器检测法向分量Hp(y)的X分量和Y分量，经过信号放大后，送单片机PIC16LF873A的A/D转换通道，获得的数据经计算得到Hp(y)值，送LCD显示。为检测方便，设置了两个检测通道，作为应力集中线Hp(y)符号比较的依据。置位/复位电路对磁阻传感器施加置位/复位电流，避免地球磁场对测量结果影响。

　　单片机采用PIC16LF873A，它有4KB FLASH 存储器，192字节RAM、128字节EEPROM、10位A/D转换器等，几乎不需要外围扩展电路就可以直接使用。RA口设置成A/D转换功能，用于处理双通道磁阻传感器信号。RB口的中断功能用于键盘处理，设有校验、置位/复位、通道1、通道2和ON/OFF5个功能键。RC口中的六个引脚，用于LCD显示器控制。采用两个SMS0801B两线制串行LCD显示器，电源由单片机RC口的一个引脚供电，这样便于对LCD显示器控制，降低系统功耗。显示器可以显示每个通道的磁场强度(单位是Gs)、键盘信息、电池电压低和超量程等信息。EEPROM用于保存修正值。